JP3270660B2 - 地下構造物内の柱構造 - Google Patents

地下構造物内の柱構造

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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル等の地下
構造物内に構築される柱の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】地下に構築された構造物においては、地
震の加速度が地表よりも地中の方が一般的には小さいこ
とや周囲の地盤と一体となって振動することのために、
地震による被害は、地上の構造物よりも軽微にとどまる
ことが多い。そして、設計においても、例えば開削トン
ネルの場合、地表面荷重、土かぶり荷重、土圧、水圧等
を用いて荷重計算が行なわれ、地震の影響については随
時検討されるのが一般的である。
【0003】ところが、巨大地震の場合には地下構造物
にも大きな変形や応力が生じることがあり、地下鉄駅舎
の中柱がせん断破壊を起こして天井スラブが陥没すると
いう事態があり得る。
【0004】大きな軸力を常時受けている鉄筋コンクリ
ート柱の地震荷重によるせん断破壊については、周知の
ようにきわめて脆性的であり、柱のコア部分のコンクリ
ートが爆裂的な崩壊を起こし、柱の耐力は急激に減少す
る。そのため、RC柱の設計においては、せん断補強筋
を増やす、柱断面を大きくするなどの対策を施してせん
断破壊に対する耐震性を向上させることが必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
地下鉄の開削トンネルにおける中柱の場合には、車両の
通過空間をはじめとして送電設備や信号設備のためのス
ペースをトンネル内に確保せねばならず、建築側が利用
可能なスペースは大幅に制限を受ける。したがって、柱
断面を増やさずにせん断破壊に対する耐震性能を向上さ
せる技術が急務となっていた。
【0006】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、限られたスペースでせん断破壊に対する耐震
性能を向上させることができる地下構造物内の柱構造を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の地下構造物内の柱構造は請求項1に記載し
たように、地下構造物の床と天井との間にRC等で形成
されたコンクリート柱を立設して該コンクリート柱で前
記天井からの軸方向荷重を支持し、少なくともその一端
と前記床若しくは前記天井とを摺動自在に構成するとと
もに、前記コンクリート柱の摺動端を取り囲むようにし
てかつ所定の隙間が形成されるようにして前記床若しく
は前記天井に所定の柱抱込み部を立設し、該柱抱込み部
の内面に緩衝部材を取り付けたものである。
【0008】
【0009】また、本発明の地下構造物内の柱構造は、
前記コンクリート柱の摺動端およびそれに対向する前記
床若しくは前記天井の摺動面にテフロン(登録商標)、
ステンレス等の摩擦低減部材を取り付けたものである。
【0010】本発明の地下構造物内の柱構造において
は、地震によって地下構造物内の床と天井との間に相対
水平変位が生じた場合、コンクリート柱は、その両端若
しくは一端において地下構造物の床面や天井面に対して
摺動し、該相対水平変位を吸収する。そのため、コンク
リート柱が受けるせん断変形量は大幅に低減する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る地下構造物内
の柱構造の実施の形態について、添付図面を参照して説
明する。
【0012】(第1実施形態)図1は、本実施形態に係
る地下構造物内の柱構造を鉛直断面図で示したものであ
る。同図でわかるように、本実施形態に係る地下構造物
内の柱構造は、地下構造物であるトンネル4の床5と天
井6との間にRC等で形成されたコンクリート柱1を立
設してある。トンネル4は、鉄筋コンクリート箱形ラー
メン構造であってその内部に地下鉄車両7が通過可能な
内部空間8が形成されており、コンクリート柱1は、該
内部空間8をほぼ二分する位置に沿って所定のピッチで
配設してある。
【0013】ここで、コンクリート柱1の両端には図1
(b) でよくわかるようにテフロン(登録商標、以下同
様)、ステンレス等で形成された摩擦低減部材23を取
り付けてあり、これらに対向する床5および天井6にも
同じく摩擦低減部材22を取り付けてある。そして、こ
れら摩擦低減部材22、23を当接させることにより、
コンクリート柱1は、天井6からの軸方向荷重を支持し
つつ、床5および天井6に対して水平方向に摺動するこ
とができる、いわゆる滑り支承構造となっている。コン
クリート柱1は、摩擦低減部材の取付け工程も含めてプ
レキャスト製とするのがよい。
【0014】床5および天井6には、コンクリート柱1
の摺動端を取り囲むようにして柱抱込み部21を立設し
てある。柱抱込み部21の内寸は、コンクリート柱1の
外寸よりも若干大きくしてあり、コンクリート柱1の両
端を入れたときにコンクリート柱1の側面との間に隙間
δが形成されるように寸法を定めてある。隙間δは、地
震時において床と天井との間に生じる相対水平変位の大
きさを考慮して、例えば数cm程度に設定するのがよ
い。
【0015】柱抱込み部21の内面には、ゴム、スポン
ジ、発泡スチロール等で形成した緩衝部材24を取り付
けてあり、地震時の水平振幅が上述の隙間で吸収できる
範囲を上回ったときにコンクリート柱1の両端側面と柱
抱込み部21との衝突を緩和し、両者の破損を回避する
ようになっている。
【0016】トンネル4が地震を受けたとき、ラーメン
架構であるトンネル4は、床5および天井6に生じる撓
みを無視して考えればおおむね図2(a) の実線で示すよ
うな変形性状を示し、天井6と床5との間には相対水平
変位が生じる。
【0017】かかる相対水平変位は、両端が床および天
井に固着された通常の柱構造であれば、図2(b) に示す
ようにコンクリート柱51に強制変形としてすべて作用
し、したがって、該コンクリート柱51には大きなせん
断ひずみが発生する。
【0018】しかし、本実施形態においては、図2(a)
でよくわかるように相対水平変位の一部がコンクリート
柱1の両端における滑りによって吸収される。そして、
コンクリート柱1と柱抱込み部21との間の隙間で吸収
できない分だけがコンクリート柱1に強制変形として作
用するので、コンクリート柱1に生じるせん断変形は、
大幅に緩和されあるいはほとんど消失する。
【0019】以上説明したように、本実施の形態に係る
地下構造物内の柱構造によれば、コンクリート柱の両端
を天井および床に対して摺動自在に構成したので、地震
の際にトンネルの床と天井との間に生じる相対水平変位
は、コンクリート柱と床および天井との間の滑りによっ
て吸収され、かくしてコンクリート柱に生じるせん断変
形を大幅に緩和し、あるいは実質的にせん断変形を生じ
ないようにすることができる。
【0020】したがって、柱断面を大きくしたりせん断
補強筋を増加させることなく、従来と同等のコンクリー
ト柱を用いてせん断破壊に対する耐震性能を大幅に向上
させることが可能となり、建築側の利用スペースが厳し
く制限される地下鉄トンネルにおいて特に有用な手段と
なる。
【0021】また、本実施形態のコンクリート柱を工場
製作して現場に搬入するようにすれば、短期間にトンネ
ルを構築したりあるいは補修することができる。
【0022】なお、柱を鉄骨で形成すれば、上述の相対
水平変位を鉄骨部材の変形性能で吸収することはできる
が、経済性の面では必ずしも有利であるとは言えず、本
実施の形態によれば、低コストで耐震性の向上を図るこ
とができる。
【0023】本実施形態では、コンクリート柱の両端を
摺動自在に構成したが、必ずしも両端である必要はな
く、図3に示すようにコンクリート柱1の下端において
は床5に固着し、上端だけを摺動させるようにしてもよ
い。
【0024】また、上述の説明では特に言及しなかった
が、本実施形態に係る柱構造を新設の地下鉄トンネルに
採用してもよいし、既存の地下鉄トンネルを補修する手
段として採用してもよい。また、その適用範囲は開削式
地下鉄トンネルに限定されるものではなく、地震時にお
いて床と天井との間に相対水平変位が生じるすべての地
下構造物、例えば、地下鉄の駅舎、ホーム等はもちろ
ん、道路用トンネル、シールドトンネル等にも適用する
ことが可能である。
【0025】(第2実施形態)次に、第2実施形態に係
る地下構造物内の柱構造について説明する。なお、第1
実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号
を付してその説明を省略する。
【0026】図4は、本実施形態に係る地下構造物内の
柱構造を鉛直断面図で示したものである。同図でわかる
ように、本実施形態に係る地下構造物内の柱構造も第1
実施形態と同様、トンネル4の床5と天井6との間にR
C等で形成されたコンクリート柱31をコンクリート柱
1と同様に配設してあるが、床5および天井6には湾曲
面32を形成してあり、テフロン、ステンレス等で形成
した摩擦低減部材33を該湾曲面32の上に取り付けて
ある。
【0027】一方、コンクリート柱31の両端には湾曲
面32と実質的に同一の曲率を持ちかつ該湾曲面32と
嵌まり合う湾曲面34を形成してあり、さらにその湾曲
面34上には摩擦低減部材35を取り付けてある。そし
て、摩擦低減部材33および35が当接するようにコン
クリート柱31の両端の湾曲面34を床5および天井6
に形成された湾曲面32に嵌合させることにより、コン
クリート柱31は、天井6からの軸方向荷重を支持しつ
つ、床5および天井6に対して摺動することができる、
いわゆる滑り支承構造となっている。コンクリート柱3
1は、摩擦低減部材の取付け工程も含めてプレキャスト
製とするのがよい。
【0028】トンネル4が地震を受けたとき、ラーメン
架構であるトンネル4は、床5および天井6に生じる撓
みを無視して考えればおおむね図5の実線で示すような
変形性状を示し、天井6と床5との間には相対水平変位
が生じる。しかし、該相対水平変位は、コンクリート柱
31の両端における滑りによって吸収されるので、コン
クリート柱31には強制変形は作用せず、したがってコ
ンクリート柱31にせん断変形は生じない。
【0029】以上説明したように、本実施の形態に係る
地下構造物内の柱構造によれば、コンクリート柱の両端
を天井および床に対して摺動自在に構成したので、地震
の際にトンネルの床と天井との間に生じる相対水平変位
は、コンクリート柱と床および天井との間の滑りによっ
て吸収され、かくしてコンクリート柱に生じるせん断変
形を実質的に生じないようにすることができる。
【0030】したがって、柱断面を大きくしたりせん断
補強筋を増加させることなく、従来と同等のコンクリー
ト柱を用いてせん断破壊に対する耐震性能を大幅に向上
させることが可能となり、建築側の利用スペースが厳し
く制限される地下鉄トンネルにおいて特に有用な手段と
なる。
【0031】また、本実施形態のコンクリート柱を工場
製作して現場に搬入するようにすれば、短期間にトンネ
ルを構築したりあるいは補修することができる。
【0032】なお、柱を鉄骨で形成すれば、上述の相対
水平変位を鉄骨部材の変形性能で吸収することはできる
が、経済性の面では必ずしも有利であるとは言えず、本
実施の形態によれば、低コストで耐震性の向上を図るこ
とができる。
【0033】また、上述の説明では特に言及しなかった
が、本実施形態に係る柱構造を新設の地下鉄トンネルに
採用してもよいし、既存の地下鉄トンネルを補修する手
段として採用してもよい。また、その適用範囲は開削式
地下鉄トンネルに限定されるものではなく、地震時にお
いて床と天井との間に相対水平変位が生じるすべての地
下構造物、例えば、地下鉄の駅舎、ホーム等はもちろ
ん、道路用トンネル、シールドトンネル等にも適用する
ことが可能である。
【0034】また、本実施形態においては、コンクリー
ト柱の両端における湾曲面を凸面とし、これに対応する
床および天井の湾曲面を凹面としたが、これらを逆に構
成してもよい。
【0035】図6(a) は、かかる変形例を示した鉛直断
面図である。同図でわかるように、本変形例に係る柱構
造は、床5および天井6に凸状の湾曲面32aを形成し
て該湾曲面32a上にテフロン、ステンレス等で形成し
た摩擦低減部材33を取り付けてある。一方、コンクリ
ート柱31aの両端には、湾曲面32aと実質的に同一
の曲率を持ちかつ該湾曲面32aと嵌まり合う凹状の湾
曲面34aを形成してあり、さらにその湾曲面34a上
には摩擦低減部材35を取り付けてある。そして、摩擦
低減部材33および35が当接するようにコンクリート
柱31aの両端の湾曲面34aを床5および天井6に形
成された湾曲面32aに嵌合させることにより、コンク
リート柱31aは、天井6からの軸方向荷重を支持しつ
つ、床5および天井6に対して図6(b) のように摺動可
能としてある。
【0036】本変形例に係る作用並びに効果は上述の実
施形態とほぼ同様であるので、ここでは詳細な説明を省
略する。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の地下構造物
内の柱構造によれば、限られたスペースでせん断破壊に
対する耐震性能を向上させることができる。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る地下構造物内の柱構造の鉛
直断面図であり、(a)は全体図、(b)はコンクリート柱の
両端近傍を拡大した詳細図。
【図2】第1実施形態に係る地下構造物内の柱構造の作
用を従来との比較で説明した図であり、(a)は地震時に
おける変形性状を示した図、(b)は通常の柱構造の場合
の変形性状を示した図。
【図3】第1実施形態の変形例を示す図。
【図4】第2実施形態に係る地下構造物内の柱構造の鉛
直断面図であり、(a)は全体図、(b)はコンクリート柱の
両端近傍を拡大した詳細図。
【図5】第2実施形態に係る地下構造物内の柱構造の地
震時における変形性状を示した図。
【図6】第2実施形態に係る変形例を示した図であり、
(a)は鉛直断面図、(b)は地震時における変形性状を示し
た図。
【符号の説明】
1、31、31a コンクリート柱 4 トンネル(地下構造
物) 5 床 6 天井 21 柱抱込み部 22、23、33、35 摩擦低減部材 24 緩衝部材 32、34、32a、34a 湾曲面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 隆 東京都千代田区神田司町2丁目3番地 株式会社大林組東京本社内 (56)参考文献 特開 平5−33525(JP,A) 「トンネル工学」鹿島研究所出版会 (昭46−12−10)P336 「道路橋支承便覧」社団法人日本道路 協会編(平3−7)P16−34 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 11/28 E21D 15/00 E04H 9/02 F16F 15/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地下構造物の床と天井との間にRC等で
    形成されたコンクリート柱を立設して該コンクリート柱
    で前記天井からの軸方向荷重を支持し、少なくともその
    一端と前記床若しくは前記天井とを摺動自在に構成する
    とともに、前記コンクリート柱の摺動端を取り囲むよう
    にしてかつ所定の隙間が形成されるようにして前記床若
    しくは前記天井に所定の柱抱込み部を立設し、該柱抱込
    み部の内面に緩衝部材を取り付けたことを特徴とする地
    下構造物内の柱構造。
  2. 【請求項2】 前記コンクリート柱の摺動端およびそれ
    に対向する前記床若しくは前記天井の摺動面にテフロン
    (登録商標)、ステンレス等の摩擦低減部材を取り付け
    た請求項1記載の地下構造物内の柱構造。
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「トンネル工学」鹿島研究所出版会(昭46−12−10)P336
「道路橋支承便覧」社団法人日本道路協会編(平3−7)P16−34

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